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    CW光子晶體雷射的製程開發與特性的設計和量測
    (2003)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程研究所
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    二維準光子晶體雷射之研究
    (2006)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    交通大學光電工程研究所
    傳統光子晶體所具有之光能隙(Photonic band-gap)，由於布裡淵區(Brilliouin zone)所 造成非均勻的旋轉對稱性，會顯現出在k-space 上的非等向性。利用固態物理中的準晶 格(Quasi-crystal)結構，並藉由有限元素差分法(FDTD method)來做計算與設計，我們能 夠在布裡淵區上得到多於傳統光子晶體的旋轉對稱性(Rotational Symmetry)方向，藉以 消除光能隙的不均勻性，並且得到大範圍的光能隙區域。我們利用此概念及計算結果， 設計不同晶格結構的準光子晶體微共振腔雷射，模擬其共振模態，製作實際元件，並且 分析其各種雷射特性。此外，準光子晶體所形成的共振腔在符合多旋轉對稱的條件下， 預期可與目前在尺寸上已達瓶頸的Micro-disk 雷射與Micro-gears 雷射達成良好的整 合，並製作出突破繞射極限並且同時具有光能隙及全反射雙重效應的新型準光子晶體雷 射。利用準光子晶體所製作的微共振腔雷射被預期具有高於一般光子晶體雷射的邊模抑 制比(SMSR)，較高的輸出功率，並具有類似Micro-disk 的高Q 值WGM 模態，以及更 高的載子利用效率。此外，配合其雷射模態特性以及其晶格結構，我們預期設計並製作 新型的電流注入結構，以解決目前二維光子晶體共振腔雷射缺乏有效電流注入結構的困 境。
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    光學網路基礎研究---子計畫一：全光網路中光子晶體光緩衝器及雙穩態開關之研究
    (2006)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    交通大學光電工程研究所
    本計畫研究著重在全光網路實現上的關鍵元件光子晶體光緩衝器，我們將利用有 限時域差分法(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)模擬光子晶體非線性效應所造成 的動態折射率改變來設計光子晶體結構，並藉由製程開發製作實際元件以及利用高解 析高速光電子量測系統量測元件特性， 以期突破目前受限於延遲- 帶寬積 (Delay-Bandwidth Product)的光子晶體能帶邊緣(Band-edge)效應所能達成的1/100 光延 遲，以滿足未來全光網路中光緩衝器所需的延遲等級。本計畫同時也將研究另一關鍵 元件-全光式光子晶體雙穩態開關，針對其在克服傳統非線性雙穩態開關尺寸無法縮小 化，過大的切換功率，以及過慢的切換速度等等缺點上的優勢進行研究。除了在模擬 以及實際元件特性上的雙穩態特性探討外，我們同時也將設計並製作具有基本邏輯操 作的元件，以期未來與光緩衝器在同一結構上整合，並實現全光網路中的全光式光緩 衝器單元。
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    光學網路基礎研究---子計畫一：全光網路中光子晶體光緩衝器及雙穩態開關之研究
    (2008)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系(所)
    本計畫研究著重在全光網路實現上的關鍵元件光子晶體光緩衝器，我們將利用有 限時域差分法(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)模擬光子晶體非線性效應所造成 的動態折射率改變來設計光子晶體結構，並藉由製程開發製作實際元件以及利用高解 析高速光電子量測系統量測元件特性， 以期突破目前受限於延遲- 帶寬積 (Delay-Bandwidth Product)的光子晶體能帶邊緣(Band-edge)效應所能達成的1/100 光延 遲，以滿足未來全光網路中光緩衝器所需的延遲等級。本計畫同時也將研究另一關鍵 元件-全光式光子晶體雙穩態開關，針對其在克服傳統非線性雙穩態開關尺寸無法縮小 化，過大的切換功率，以及過慢的切換速度等等缺點上的優勢進行研究。除了在模擬 以及實際元件特性上的雙穩態特性探討外，我們同時也將設計並製作具有基本邏輯操 作的元件，以期未來與光緩衝器在同一結構上整合，並實現全光網路中的全光式光緩 衝器單元。
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    光學網路基礎研究---子計畫一：全光網路中光子晶體光緩衝器及雙穩態開關之研究
    (2007)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系(所)
    本計畫研究著重在全光網路實現上的關鍵元件光子晶體光緩衝器，我們將利用有 限時域差分法(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)模擬光子晶體非線性效應所造成 的動態折射率改變來設計光子晶體結構，並藉由製程開發製作實際元件以及利用高解 析高速光電子量測系統量測元件特性， 以期突破目前受限於延遲- 帶寬積 (Delay-Bandwidth Product)的光子晶體能帶邊緣(Band-edge)效應所能達成的1/100 光延 遲，以滿足未來全光網路中光緩衝器所需的延遲等級。本計畫同時也將研究另一關鍵 元件-全光式光子晶體雙穩態開關，針對其在克服傳統非線性雙穩態開關尺寸無法縮小 化，過大的切換功率，以及過慢的切換速度等等缺點上的優勢進行研究。除了在模擬 以及實際元件特性上的雙穩態特性探討外，我們同時也將設計並製作具有基本邏輯操 作的元件，以期未來與光緩衝器在同一結構上整合，並實現全光網路中的全光式光緩 衝器單元。
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    基於光子晶體微共振腔之高靈敏光感測器元件之研究
    (2009)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系(所)
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    基於光子晶體微共振腔之高靈敏光感測器元件之研究
    (2010)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
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    新穎矽量子點薄膜之開發與其在太陽能電池之應用
    (2015)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
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    新穎矽量子點薄膜之開發與其在太陽能電池之應用
    (2014)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
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    新穎矽量子點薄膜之開發與其在太陽能電池之應用
    (2016)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
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    用以發展系統晶片之超小一維光子晶體奈米共振腔與波導：雷射、感測器與光操控
    (2013)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
    在這份報告中，我們呈現了從2011年8月到2012年5月間，本計畫第一年執行之研究成果。本計畫的主要研究課題著重開發可用以發展系統晶片之超小一維光子晶體奈米共振腔、波導與其他奈米結構，在奈米雷射、生醫感測器與光鎳夾上的應用。第一年計畫的成果主要包括幾個項目：一、建立以有限元素分析法為基礎的模擬方法，用以研究光子晶體、奈米金屬結構的光學特性，這其中包括了以馬克斯威爾壓力張量的方法，去計算奈米尺度下的光學梯度力。二、設計並實現超小元件尺寸之一維光子晶體超低閥值奈米樑雷射。透過一種貼合轉移的後製程，我們亦實現在不同撓曲程度下具有穩定雷射特性的可撓奈米雷射。三、我們提出並實現有超高光學感測靈敏度侷域性表面電漿共振的金奈米環結構陣列。四、在模擬上研究以漸變光子晶體波導實現可捕捉並傳遞奈米顆粒的奈米光鎳夾。透過可局部增強場強的奈米隙，我們更進一步的降低該設計操作所需的光功率。
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    用以發展系統晶片之超小一維光子晶體奈米共振腔與波導：雷射、感測器與光操控
    (2012)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
    在這份報告中，我們呈現了從2011年8月到2012年5月間，本計畫第一年執行之研究成果。本計畫的主要研究課題著重開發可用以發展系統晶片之超小一維光子晶體奈米共振腔、波導與其他奈米結構，在奈米雷射、生醫感測器與光鎳夾上的應用。第一年計畫的成果主要包括幾個項目：一、建立以有限元素分析法為基礎的模擬方法，用以研究光子晶體、奈米金屬結構的光學特性，這其中包括了以馬克斯威爾壓力張量的方法，去計算奈米尺度下的光學梯度力。二、設計並實現超小元件尺寸之一維光子晶體超低閥值奈米樑雷射。透過一種貼合轉移的後製程，我們亦實現在不同撓曲程度下具有穩定雷射特性的可撓奈米雷射。三、我們提出並實現有超高光學感測靈敏度侷域性表面電漿共振的金奈米環結構陣列。四、在模擬上研究以漸變光子晶體波導實現可捕捉並傳遞奈米顆粒的奈米光鎳夾。透過可局部增強場強的奈米隙，我們更進一步的降低該設計操作所需的光功率。
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    用以發展系統晶片之超小一維光子晶體奈米共振腔與波導：雷射、感測器與光操控
    (2011)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
    在這份報告中，我們呈現了從2011年8月到2012年5月間，本計畫第一年執行之研究成果。本計畫的主要研究課題著重開發可用以發展系統晶片之超小一維光子晶體奈米共振腔、波導與其他奈米結構，在奈米雷射、生醫感測器與光鎳夾上的應用。第一年計畫的成果主要包括幾個項目：一、建立以有限元素分析法為基礎的模擬方法，用以研究光子晶體、奈米金屬結構的光學特性，這其中包括了以馬克斯威爾壓力張量的方法，去計算奈米尺度下的光學梯度力。二、設計並實現超小元件尺寸之一維光子晶體超低閥值奈米樑雷射。透過一種貼合轉移的後製程，我們亦實現在不同撓曲程度下具有穩定雷射特性的可撓奈米雷射。三、我們提出並實現有超高光學感測靈敏度侷域性表面電漿共振的金奈米環結構陣列。四、在模擬上研究以漸變光子晶體波導實現可捕捉並傳遞奈米顆粒的奈米光鎳夾。透過可局部增強場強的奈米隙，我們更進一步的降低該設計操作所需的光功率。
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    結合傳統金屬與新穎類金屬材料發展表面電漿之垂直整合元件進行生物粒子捕獲與感測之前瞻性研究
    (2015)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
    電漿子光學(plasmonics)發展已經超過十年歷史，利用金屬性材料的表面電漿共振 (surface plasmon resonance)行為，可將光場侷限於次波長的奈米結構，超越光學繞射極 限，使奈米光學(nano-optics)得以實踐並蓬勃發展。此外，透過特殊結構設計可適當調 整電漿模態、共振波長、近場強度，為生化感測、粒子捕獲等應用提升更多的操作彈性 與元件性能。更進一步，將金屬性材料巧妙安排形成新穎材料(metamaterial)，可衍伸出 許多令人驚豔且極具特殊功用的元件如超級透鏡(superlens)。本計畫採用金與氧化鋁鋅 (aluminum zinc oxide，AZO)兩種金屬性材料設計開發金奈米分裂圓盤(split-nanodisk)、 金奈米棒二聚物/奈米環(nanorod dimer/nanoring)及氧化鋁鋅遠場超級透鏡，並加以垂直 整合發展出具高強度、高靈敏度生物粒子捕獲與感測之電漿元件，同時亦可高解析地及 時監測、分析生物分子之細微結構與及時動態資訊，此垂直整合式新穎元件系統可望以 便捷有效率的方式來增進在醫學診斷、疾病監控與藥物研發的發展性。本計畫之執行規 劃三年：第一年我們利用模擬軟體將各個元件結構優化，並著重元件製作與材料分析； 第二年我們將針對奈米粒子捕獲與生物感測之性能以模擬與實驗來驗證，以及製作遠場 超級透鏡並討論其成像品質；最後一年，我們將各個元件加以整合實現新穎表面電漿/ 遠場超級透鏡之垂直整合元件。
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    結合光柵、波導、與金屬奈米二聚物結構之晶片化表面電漿元件於生物感測應用之研究
    (2012)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
    近年來，表面電漿(Plasmonics) 成為奈米光子學領域中一項非常重要的研究，主因製程技術的進步實現了金屬奈米粒子之侷域表面電漿共振現象。其模態對於介質環境的高靈敏度，以及具光學檢測的即時性，已被視為感測應用上一門重要的技術。然而一般用以激發表面電漿共振的全反射稜鏡架構，除了其價格昂貴以及對系統的穩定度要求高，因其體積龐大不利於感測系統的晶片化，限制了許多實際應用的可能性。 為克服上述問題，在本計畫中我們提出對微小粒子具超高感測靈敏度的金屬奈米二聚物結構，並整合光柵與波導，做為表面電漿共振之激發與感測訊號傳遞的架構，實現晶片化之感測系統。計畫第一年中，我們首先著重於優化金屬奈米二聚物結構的感測能力，並探討波導設計如何有效激發表面電漿共振。同時我們也會針對光纖波導間的垂直耦合光柵做一系列結構的分析，並依此設計高效率耦合光柵。而計畫的第二年，我們將以光柵、波導與金屬奈米二聚物結構等三種元件整合於同一晶片上為目標，並研究此積體化系統晶片的生物感測能力。藉由結構的設計、優化與整合，我們將實現晶片化之高效能表面電漿奈米生物感測器，可望增進未來在醫學診斷、疾病監控與藥物研發的發展性。
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    結合光柵、波導、與金屬奈米二聚物結構之晶片化表面電漿元件於生物感測應用之研究
    (2013)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    國立交通大學光電工程學系（所）
    近年來，表面電漿(Plasmonics) 成為奈米光子學領域中一項非常重要的研究，主因製程技術的進步實現了金屬奈米粒子之侷域表面電漿共振現象。其模態對於介質環境的高靈敏度，以及具光學檢測的即時性，已被視為感測應用上一門重要的技術。然而一般用以激發表面電漿共振的全反射稜鏡架構，除了其價格昂貴以及對系統的穩定度要求高，因其體積龐大不利於感測系統的晶片化，限制了許多實際應用的可能性。 為克服上述問題，在本計畫中我們提出對微小粒子具超高感測靈敏度的金屬奈米二聚物結構，並整合光柵與波導，做為表面電漿共振之激發與感測訊號傳遞的架構，實現晶片化之感測系統。計畫第一年中，我們首先著重於優化金屬奈米二聚物結構的感測能力，並探討波導設計如何有效激發表面電漿共振。同時我們也會針對光纖波導間的垂直耦合光柵做一系列結構的分析，並依此設計高效率耦合光柵。而計畫的第二年，我們將以光柵、波導與金屬奈米二聚物結構等三種元件整合於同一晶片上為目標，並研究此積體化系統晶片的生物感測能力。藉由結構的設計、優化與整合，我們將實現晶片化之高效能表面電漿奈米生物感測器，可望增進未來在醫學診斷、疾病監控與藥物研發的發展性。
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    電注入連續性操作光子晶體雷射的製程開發與特性的設計和量測(I)
    (2004)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    交通大學光電工程研究所
    此計畫將以實現發光波長為1.55μm 在室溫電驅動連續性操作的二維光子晶體瑕疵共 振腔雷射為目標。這種光源是實現和微小化光子積體電路的重要元件。我們將利用一 個擁有高熱傳導特性的材料 (sapphire) 來加強散熱，以達到連續性工作，同時研發瑕 疵共振腔之最佳化，以期獲得高Q、小體積和電驅動的目標。這個計畫包含二維光子晶 體瑕疵共振腔雷射的設計，製造，和量測。我們會發展先進的奈米製程技術以製造共 振腔的結構，也會建立一個模擬平台以幫助我們瞭解和預測瑕疵模的特性。
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    電注入連續性操作光子晶體雷射的製程開發與特性的設計和量測(II)
    (2005)
    李柏璁
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    Lee Po-Tsung
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    交通大學光電工程研究所